Функциональный преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G06G7/26 

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 приведена структурная схема функционального преобразователя; на фиг.2 - принципиальная схема аппроксимирующей ячейки.

Функциональный преобразователь содержит дифференциальный операционный усилитель 1, инвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3.1,...,3.п, (п+1) входных масштабных резисторов А. 1, .. .,А.(п+1),п ключей 5.1,...,5.п первой группы, п ключей 6.1,...,6.п второй группы, блок 7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 напряжения, генератор 10 импульсов, счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов и мультивибратор 14.

Каждая из п аппроксимирующих ячеек 3.1,...,Зп (фиг.2) содержит первый 15 и второй 16 входы аппроксимирующей ячейки, операционный усилитель 17 первый, второй и третий масштабные резисторы 18-20, первый и второй ограничительные диодные элементы 21 и 22, диоды 23 и 24, корректирующий резистор 25, повторитель 26, транзистор 27, первый и второй нагрузочные 1)езисторы 28 и 29, первый 30 и второй 31 выходы аппроксимирующей ячейки.

Преобразователь работает следую1цим образом.

В момент возникновения импульса на выходе мультивибратора 14 функцио- нальньй преобразователь находится в режиме Работа . Блок 7 памяти в данном случае переводится в режим записи поступающей информации с вторых выходов 31 аппроксимирующих ячеек 3.1,...,3.п. Считывания информации с выходов блока 7 памяти не будет так как по выходам в режиме записи он заблокирован. При этом ключи 5.1, ...,5.п открыты, а ключи 6.1,.,.,6.п закрыты.

Импульсом с выхода мультивибратора 14 счетчик 11 сбрасывается в нуль, вследствие чего напряжения на выходе преобразователя 12 код - аналог и инвертирующем входе дифференциального операционного усилителя 1 равны нулю.

5

0

В режиме Работа на вход функционального преобразователя поступает исследуемый сигнал (входной ток), в зависимости от величины которого устанавливается выходное напряжение усилителя 1 и автоматически выбирается поддиапазон, в котором работает функциональный преобразователь. Напряжение с выхода усилителя 1 поступает на вход инвертора 2 и первые входы 15 аппроксимирующих ячеек 3 .1,...,З.п.

Отдельно взятая аппроксимирующая ячейка работает следующим образом.

На первый вход 15 аппроксимирующей ячейки поступает напряжение положительной полярности с выхода усилителя 1, а на второй ее вход 16 - отрицательное опорное напряжение.

и«,

Если вьшолняется условие ---

5

0

5

0

5

0

5

- --- О, напряжение на выходе

рационного усилителя 17 имеет положительную полярность. При этом открываются база-эмиттерный переход транзистора 27 и первый ограничительный диодный элемент 21. Напряжение на коллекторе открытого транзистора 27, нагрузкой которого является резистор 28, имеет низкий потенциал. Диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 закрыты, и на первый выход 30 аппроксимирующей ячейки информация с его первого входа 15 не проходит.

Когда вьтолняется условие

U6U Uo

D D- напряжение на выходе

лителя 17 становится отрицательным, и диоды 23 и 24 второго ограничительного диодного элемента 22 открьтают- ся, включая в отрицательную обратную связь усилителя 17 повторитель 26 и масштабный резистор 20. Аппроксимирующая ячейка при этом считается включенной. Через нее в цепь отрицательной обратной связи дифференциального операционного усилителя 1 подключается соответствующий входной маштаб- ный резистор, изменяющий крутизну преобразования функционального преобразователя .

Напряжение на коллекторе транзистора 27 при включенной аппроксимирующей ячейке имеет высокий потенциал ,

Пороги срабатывания аппроксимирующих ячеек выбираются исходя из разбиения общего диапазона изменения входного тока на поддиапазоны путем выбора номиналов резисторов R18 и R19. На крутизну преобразования, начиная с второго поддиапазона, кроме номиналов входных масштабных резисторов 4.1,...,4.п, подключенных к первым выходам 30 соответствующих аппроксимирующих ячеек, влияет и номинал масштабного резистора 20.

Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме Работа для т-го поддиапазона определяется из выражения

УвЫХ -Ugi,x(.i) + L IR, - iex(

К + и

Ар т

Де UB, .,, ,

1

вк

ВХ (т-М

т

напряжение на вькоде усилителя 1 в точке изменения крутизны в конце (т-1)-го поддиапазона;

входной ток на т-м поддиапазоне; входной ток в точке изменения крутизны в конце (т-1)-го поддиапазона;

коэффициент пропорциональности для т-го поддиапазона;

и

АР

напряжение ухода нуля 35 образователя с коэффициентом преоб- на т-м поддиапазоне. разования К, выбранным автоматически На т-м поддиапазоне включены ап- в режиме Работа, исходя из величи- проксимирующие ячейки 3.1,...,3.(т-1) ны входного тока. и коэффициент пропорциональности

40

функционального преобразователя определяется из выражения

Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, то выходное напряжение усилителя 1 согласно выражению (1) определяется только напряжением ухода нуля для - выбранного поддиапазона. Напряжение 45 ухода нуля с выхода усилителя 1 поступает на вход компаратора 9 напря -4

где Kj

Лп 41)

4.1 J

(2)

коэффициент передачи инвертора 2;

5л

RIO

кТГ

R 4 (bfil

R4.i

коэффициент передачи потенциалом. В случае неравенства ну по первому входу 15 лю данного напряжения компаратор 9 аппрокси1 мрующей ячей-50 запускает генератор 10 импульсов,

блокировка которого на время такта коррекции снята, благодаря воздействию разрешающего импульса с выхода формирователя 13. Импульсы генераки 3.1;

номинал резистора

4.(п+1);

номинал резистора 4.1.

По окончании импульса мультивибра-55 тора 10 поступают на счетный вход тора 14 режим Работа заканчивается счетчика 11, готового к счету посту- и начинается формирование такта кор- пающих импульсов после окончания ре- рекции, время которого определяетсяжима Работа. Код состояния счетчияаео1аJO

15

1)

20

е в ив ио25

30

длительностью импульса с выхода формирователя 13, форьп1руемого из заднего фронта иютульса мультивибратора 14,

На время такта коррекции ток исследуемого сигнала на вход функционального преобразователя не поступает.

По окончании импульса мультивибратора 14 блок 7 памяти переводится в режим считывания, при котором с его выходов выводится информация о включенных в режиме Работа аппроксимирующих ячейках. Сигналы с выхода блока 7 памяти, воздействуя на входы управления ключей первой и второй группы, изменят состояние только тех из них, которые связаны с аппроксимирующими ячейками, бывшими включенными в режиме Работа. Поэтому вторые входы данных аппроксимирующих ячеек отключатся от отрицательной шины источника двуполярного опорного напряжения соответствующими ключами первой группы. Сами аппроксимирующие ячейки останутся включенными за счет протекания тока от положительной шины источника двуполярного опорного напряжения через открытые ключи второй группы на первые их выходы.

Таким образом, после окончания импульса мультивибратора 14 функциональный преобразователь переводится в режим прямо пропорционального пре35 образователя с коэффициентом преоб- разования К, выбранным автоматически в режиме Работа, исходя из величи- ны входного тока.

40

Так как входной ток в течение времени такта коррекции равен нулю, то выходное напряжение усилителя 1 согласно выражению (1) определяется только напряжением ухода нуля для - выбранного поддиапазона. Напряжение 45 ухода нуля с выхода усилителя 1 поступает на вход компаратора 9 напряка 11 непрерывно поступает на входы преобразователя 12 код - аналог, где преобразуется в выходное прямо пропорциональное напряжение, поступающее далее на инвертирующий вход усилителя 1 для компенсации напряжения ухода нуля. Когда напряжение на выходе усилителя 1 станет равным нулю, компаратор 9 переключится в противоположное состояние и генератор 10 прекратит генерацию импульсов. В счетчике зафиксирован код, при котором напряжение на выходе усилителя 1 равно нулю.

Счетчик 1Т может быть как однонаправленного, так и реверсивного счета.При использовании реверсивного счетчика генератора 13 подаются импульсы на входы прямого или обратного счета в зависимости от состояния компаратора 9 на все время действия импульса с выхода формирователя 13.

По окончании такта коррекция до момента генерации мультивибратором 14 очередного импульса функциональный преобразователь находится в режиме Измерение, в течение которого на его вход вновь подается ток исследуемого сигнала.

Напряжение на выходе усилителя 1 в режиме Измерение прямо пропор- - циоиально зависит от входного тока:

и

6Ы, ИЗМ

вх

к„

где К определяется согласно выражению (2).

Из описания работы преобразователя видно, что определение поддиапазона может произойти с погрешностьк вызванной напряжением ухода нуля, но это на конечный результат измерения величины входного тока не влияет. Погрешность выбора поддиапазона скажется только на выборе необходимого запаса по перегрузке на выбранном пределе измерения, который учитывается при выборе регистрирующего прибора

Формула изобретения

Функциональный преобразователь, содержащий дифференциальный операционный усилитель, выход которого является выходом преобразователя и подключен к входу инвертора, источ- -ник-двуполярного опорного напряжения п аппроксимирующих ячеек, каждая из

которых содержит операционный усилитель, вход которого соединен с первыми выходами первого, второго и третьего масштабных резисторов и

первым вьшодом первого ограничительного диодного элемента, вторые выводы первого и второго масштабных резисторов являются первым и вторым входами аппроксимирующей ячейки выход операционного усилителя через второй ограничительный диодный зле- мент, выполненный на двух последовательно включенных разноименными выводами диодах, подключенных общим

выводом через корректирующий резистор к шине нулевого потенциала, соединен с входом повторителя, соединенным с первым выходом аппроксимирующей ячейки и подключеннь1м выходом к второму

выводу третьего масштабного резистора, ключевой злемент, вьшолненный на транзисторе, база которого подключена к выходу операционного усилителя, коллектор подключен к второму выходу

аппроксимирующей ячейки и через первый нагрузочный резистор соединен с положительной шиной источника двуполярного опорного напряжения, змиттер транзистора соединен с вторым выводом

первого ограничительного диодного элемента, подключенного через второй нагрузочный резистор к шине нулевого потенциала, первые входы п аппроксимирующих ячеек объединены и подключены к выходу дифференциального операционного усилителя, первый выход каждой i-й (,2,...,п) аппроксимирующей ячейки через 1-й входной масштабный резистор и выход инвертора

через (п+1)-й входной масштабный резистор подключены к неинвертирующему входу дифференциального операционного усилителя, второй выход каждой i-й аппроксимирующей ячейки соединен

с соответствующим i-м входом блока индикации, компаратор напряжения,выход которого подключен к входу запуска генератора импульсов, соединенного выходом со счетным входом счетчика,

первый вход компаратора напряжения подключен к шине нулевого потенциала, блок памяти, преобразователь код - аналог, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в

него введены мультивибратор, формирователь импульсов и первая и вторая группы из п ключей, информационные входы которых подключены соответственно к отрицательной и положительной шинам источника двуполярного опорного напряжения, управляющие входы i-x ключей первой и второй группы объединены и подключены к соответствующему i-му выходу блока памяти, выход i-ro ключа первой груп- пы соединен с вторым входом i-й аппроксимирующей ячейки, первый выход

которой подключен к выходу ключа второй группы, i-й информационный вход блока памяти подключен к второму выходу i-й аппроксимирующей ячейки, выход мультивибратора подключен к входу разрешения записи-считывания блока памяти, входу сброса счетчика и через формирователь импульсов к входу блокировки генератора импульсов

Изобретение относится к аналоговой технике и может быть использовано при создании широкодиапазонных автоматических устройств для преобразования и измерения постоянного тока. Цель изобретения - повьшение точности, Функи юнальиый преобразователь содержит диф Ьеренпиальпый операдпон- НЫ11 ус шнтсль 1, инвертор 2, п аппроксимирующих ячеек 3 .-1, . . , , 3 .п , (п + 1) входных масштабных резисторов и ключей перво) 5 и второй 6 групп, блок 7 памяти, блок 8 индикации, компаратор 9 напряжения, генератор 10 импульсов, счетчик 11, преобразователь 12 код - аналог, формирователь 13 импульсов, мультив1 братор 14. Работа преобразователя осуществляется в трех режимах РаОота, Коррекция и Иямс рсиие. Погрешность выбора под- дпапазо:;: сказывается только на выборе ис:оПхо;и г- ого запаса по перегрузке iia выбранном пределе измерения, который учитывается при выборе регист- Р лрунплего прииора. 2 ил. S (Л ЛоЭ 00 ГС ю со tc О)

Редактор Н.Рогулич

Составитель Н.Зайцев Техред Л.Олейник

Заказ 2868/48Тираж. 672Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,- 4

Корректор Н.Король